JPH04280897A - 化合物半導体の気相成長法 - Google Patents

化合物半導体の気相成長法

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JPH04280897A
JPH04280897A JP4484691A JP4484691A JPH04280897A JP H04280897 A JPH04280897 A JP H04280897A JP 4484691 A JP4484691 A JP 4484691A JP 4484691 A JP4484691 A JP 4484691A JP H04280897 A JPH04280897 A JP H04280897A
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algaas mixed
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Kouichi Koukado
香門 浩一
Hideyuki Doi
秀之 土井
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、有機金属気相成長法
によりGaAs等の化合物半導体基板上へAlGaAs
混晶を形成する気相成長法に関するもので、特に高抵抗
のAlGaAs混晶成長する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】AlGaAs混晶材料は、高移動度電子
デバイス(HEMT)やダブルヘテロレーザなどへの幅
広い応用分野において不可欠の材料になっている。Al
GaAs混晶材料では、デバイスの性能を左右する点で
、特に結晶の純度の指標であるキャリア濃度の制御が重
要となる。
【0003】AlGaAs混晶のエピタキシャル層を作
製する方法としては、有機金属気相成長法、分子線エピ
タキシー法、液相成長法などがある。近年、実用化へ向
けて量産性、均一性において優位な特徴を有する有機金
属気相成長法が着目されている。有機金属気相成長法で
AlGaAs混晶をエピタキシャル成長する場合、一般
にGa、Al原料にはトリメチルガリウム〔Ga(CH
3)3:以下TMGと記す〕,トリメチルアルミニウム
〔Al(CH3)3:以下TMAと記す〕を、As原料
にはアルシン(AsH3)を用いて基板上に輸送し、熱
分解によりエピタキシャル層を成長させる。
【0004】上記の方法で高抵抗のAlGaAs混晶エ
ピタキシャル層を成長する場合、次のような方法が知ら
れていた。 (1)V族原料(アルシン)とIII族原料(TMG、
TMA)のモル比(以下、これをV/III比と記す)
を制御する。例えば、K.TAMARURAらがApp
lied PhysicsLetters 50 (1
987) 1149で報告しているように、低V/II
I比側で成長するとAlGaAsはp型伝導性を示し、
高V/III比側で成長するとn型伝導性を示す。図2
にその性質の1例を示す。この図からはV/III比=
100程度において成長すれば、高抵抗のAlGaAs
が得られることがわかる。ただし成長装置の構造等によ
りこのV/III比の範囲は異なることがある。 (2)AlGaAs混晶に酸素を添加する。(例えば、
特開平2−28314号公報の第2図に記載。)
【00
05】しかし、上記の(1)の方法を用いた場合、図2
から明らかなようにV/III比の変化に対して、キャ
リア濃度が急峻に変化するために所望の高抵抗のAlG
aAs混晶を再現性良く得ることが極めて難しかった。 また、III族原料に比べて多量のV族原料(AsH3
)を供給する必要があり、材料の無駄および成長炉下流
部への余剰原料の堆積などの問題を生じていた。 (2)の方法では、デバイスの作製上必要とされる例え
ば107Ω・cm以上の高い比抵抗を得るには、成長時
に2ppm以上の酸素の添加を必要とした。このような
高い濃度の酸素を添加すると、成長したAlGaAs混
晶中に微小な結晶欠陥が多発し、特性の良いデバイスが
得られ難いという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、有機金属
気相成長法によりAlGaAs混晶を化合物半導体基板
上へ成長する気相成長法において、微量の酸素を添加す
ることによって、高抵抗のAlGaAs混晶を再現性良
く成長する方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、AlとGa
とのそれぞれの有機化合物とAsH3とを原料とする有
機金属気相成長法によりAlGaAs混晶を基板上へ成
長する気相成長法において、キャリアガス中にモル分率
として10ppb〜500ppbの範囲の酸素を添加す
ることにより、高抵抗のAlGaAs混晶エピタキシャ
ル層を得ることを特徴とする化合物半導体の気相成長法
である。また意図的には酸素を添加しないで成長したA
lGaAs混晶のp型キャリア濃度がp=1×1015
cm−3以上でかつp=1×1018cm−3以下であ
る場合に、キャリアガス中にモル分率として10ppb
〜500ppbの範囲の酸素を添加することにより、高
抵抗のAlGaAs混晶エピタキシャル層を得ることを
特徴とする化合物半導体の気相成長法である。
【0008】
【作用】有機金属気相成長法によりAlGaAs混晶エ
ピタキシャル層を形成する上で、気相中に全ガス流量に
対して10ppb〜500ppbの範囲の極微量の酸素
を添加することにより高抵抗AlGaAs混晶エピタキ
シャル層を得ることができる。気相中に添加された酸素
は、AlGaAs混晶エピタキシャル層の中にドープさ
れて深いドナー準位を形成する。この深いドナー準位が
AlGaAs混晶エピタキシャル層の中に残留するカー
ボン(C)に起因する浅いアクセプタ準位を電気的に補
償し、AlGaAs混晶を高抵抗化するのである。
【0009】このことは、従来AlGaAs混晶中の酸
素不純物の挙動に関し説明されていた事とはことなり、
新たな知見である。本発明者はAlGaAs混晶中にド
ープされた酸素は、ある条件においては深いドナー準位
を形成することを見いだした。すなわち、特定の条件に
おいてAlGaAs混晶中に酸素をドープすると、酸素
はドナーとして働き、カーボンのような浅いアクセプタ
準位を電気的に補償して、高抵抗のAlGaAs混晶が
得られる。
【0010】この発明の気相成長法では、装置内部に存
在する酸素ガスおよび酸素を含有する残留ガスの分圧の
合計が1×10−5Pa以下であるような有機金属気相
成長装置を用いる。このような気相成長装置を用いて、
意図的には不純物を添加しないAlGaAs混晶を成長
すると、その残留不純物濃度はp=1×1015cm−
3ないしp=1×1016cm−3程度の低い値になる
。本発明者は、この気相成長装置によりAlGaAs混
晶を成長する際に、キャリアガス中に全ガス流量に対す
るモル分率として10ppb〜500ppbの範囲の酸
素を添加すると、AlGaAs混晶が高抵抗化すること
を見いだした。この発明の気相成長法では上記のように
残留不純物濃度が低いために、極微量の酸素の添加によ
って高抵抗のAlGaAs混晶を再現性良く成長するこ
とができるのである。
【0011】
【実施例】装置内部に存在する酸素ガスおよび酸素を含
有する残留ガスの分圧の合計が1×10−5Pa以下で
あるような有機金属気相成長装置を用いて、まずアンド
ープAlGaAs混晶エピタキシャル層の特性を確認す
るための成長を行なった。III族の原料にはTMG、
TMAを、V族の原料にはアルシンを使用した。TMG
原料は恒温槽中0℃に保持し、水素キャリアガス10S
CCMで成長室へ輸送した。TMA原料は恒温槽中に2
0℃に保持し、水素キャリアガス20SCCMで成長室
へ輸送した。アルシン原料は水素ベース10%希釈のシ
リンダーを使用し、流量を300SCCMとした。全ガ
ス流量は2SLMとした。成長圧力は2.7×103P
a、成長温度700℃のもとでAl組成約20%のAl
GaAs混晶エピタキシャル層を半絶縁性GaAs基板
上へ形成した。
【0012】このアンドープAlGaAs混晶エピタキ
シャル層を約5μm成長し、ホール測定にてエピタキシ
ャル層の電気的特性を評価したところ、p型伝導性を示
し、そのキャリア濃度はp=2×1016cm−3であ
り、比抵抗はρ=2Ω・cmであった。Al組成が異な
ると、アンドープのキャリア濃度は異なる。Al組成が
28%の場合、6.6×1016cm−3程度、Al組
成が30%以上では5×1017cm−3〜1×101
8cm−3であった。
【0013】アンドープAlGaAs混晶エピタキシャ
ル層がp型伝導性を示すことを確認した上で、極微量の
酸素ガスを成長時に添加しキャリア濃度の変化を調べた
。酸素は、ヘリウムで希釈されたシリンダーを使用した
。希釈用のガスはヘリウムに限らず窒素、アルゴン等他
の不活性ガスでもよい。全ガス流量に対する酸素の濃度
を5ppbから1000ppb(1ppm)の範囲とし
た。このようにして、各酸素添加量で、厚み約5μmに
成長したAlGaAs混晶エピタキシャル層の特性を、
リーク電流の測定により評価した。
【0014】酸素添加量とAlGaAs混晶エピタキシ
ャル層のリーク電流との関係をプロットしたものを図1
に示す。図から明らかなように、気相中への酸素無添加
の場合、リーク電流はI〜5×10−6A(アンペア)
であったものが、気相中へ酸素を添加するにつれてリー
ク電流がオーダー的に減少していくことがわかる。添加
量が20ppb以上では、リーク電流はI=1×10−
9A以下となり、測定系の電流検出限界以下になること
がわかる。十分に高抵抗AlGaAs混晶になっている
ことを示している。
【0015】このように、アンドープ層でp型伝導性を
示すAlGaAs混晶エピタキシャルに極微量の酸素を
ドープすることによって、高抵抗層を得ることが可能で
あることが示された。本実施例ではアンドープのキャリ
ア濃度がp=2×1016cm−3であったが、p型キ
ャリア濃度としては1×1018cm−3以下の場合、
本発明を適用できる。出発点となるアンドープAlGa
As混晶のキャリア濃度レベルに応じて、高抵抗化する
ための気相中への酸素添加量の最適値は異なる。
【0016】すなわち、アンドープAlGaAs混晶の
キャリア濃度が1×1016cm−3付近である場合は
、10ppb以上の酸素を添加すると高抵抗化したが、
4×1017cm−3程度の場合は、30〜280pp
bの酸素を添加すると高抵抗化した。アンドープAlG
aAs混晶のキャリア濃度が1×1018cm−3以上
の場合、500ppbの酸素を添加すると、高抵抗化す
る。
【0017】なお、アンドープ層でV/III比の制御
のみで高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を得よ
うとし場合、アルシン流量は3SLM以上の流量を必要
とする事がわかった。これは、本発明を採用しない場合
と比べるとアルシン原料を10倍以上必要とすることに
なり、本発明の有用性がアルシン原料の消費量からも実
証された。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
p型AlGaAs混晶エピタキシャル層中に、成長中に
気相中へ極微量の酸素を添加することによって、酸素を
ドープすることにより酸素が深いドナー準位を形成し、
p型伝導性を司る浅いアクセプタ準位を電気的に補償し
、高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を容易に作
製できる。高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を
得るために、従来方法では高いV/III比条件を必要
していたのに対して、本発明では低いV/III比で達
成可能であり効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法により成長したAlGaAs混晶
の、酸素添加量とリーク電流の関係を示すグラフである
【図2】AlGaAs混晶のキャリア濃度と、V/II
I比の関係を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】AlとGaとのそれぞれの有機化合物とA
    sH3とを原料とする有機金属気相成長法によりAlG
    aAs混晶を基板上へ成長する気相成長法において、キ
    ャリアガス中にモル分率として10ppb〜500pp
    bの範囲の酸素を添加することにより、高抵抗のAlG
    aAs混晶エピタキシャル層を得ることを特徴とする化
    合物半導体の気相成長法。
  2. 【請求項2】意図的には酸素を添加しないで成長したA
    lGaAs混晶のp型キャリア濃度がp=1×1015
    cm−3以上でかつp=1×1018cm−3以下であ
    る場合に、キャリアガス中にモル分率として10ppb
    〜500ppbの範囲の酸素を添加することにより、高
    抵抗のAlGaAs混晶エピタキシャル層を得ることを
    特徴とする請求項1記載の化合物半導体の気相成長法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010199568A (ja) * 2009-01-28 2010-09-09 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体基板の製造方法および半導体基板

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01115191A (ja) * 1987-10-28 1989-05-08 Nec Corp 半導体レーザ及びその製造方法

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